伦斯勒理工学院研发新电池：采用水溶液电解质，更安全、性价比更高

伦斯勒理工学院研发新电池：采用水溶液电解质，更安全、性价比更高

如今，大多数手机、笔记本电脑和电动汽车都采用锂离子电池供电。随着充电速度越来越快、性能要求越来越高，这些电池变得越来越昂贵，也越来越易燃。

据外媒报道，美国伦斯勒理工学院（ ）的工程师们利用水性电解质生产出了电池，相比传统有机电解质，新电池更加安全、成本更低，性能也更加出色。

在电池内部，两个电极（正极和负极）浸入液体电解质中。电池充电和放电时，液体电解质会传导离子。水性电解质之所以受欢迎，是因为它们不易燃。此外，与非水性电解质不同，水性电解质在制造过程中不易受水分影响，因此更易于处理且成本更低。这种材料面临的最大挑战是如何保持性能。“如果对水溶液施加过高的电压，它会电解并分解成氢气和氧气，”伦斯勒机械、航空航天和核工程教授说。“通常，这种材料的电压窗口非常有限。”

在这项研究中，他的团队使用了一种特殊的水性电解质，即水包盐电解质，这种电解质不容易发生电解。同时，研究人员使用锂锰氧化物作为正极，铌钨氧化物作为负极。据悉，铌钨氧化物是一种复合氧化物，此前从未发现用于水性电池。“事实证明，铌钨氧化物具有出色的单位体积储能性能。就体积而言，这是迄今为止性能最好的水性锂离子电池。”

据介绍，氧化铌钨具有相对较大的重量和密度，因此其以质量为基准的储能能力接近平均水平；由于氧化铌钨颗粒在电极中排列密集，因此其以体积为基准的储能能力相当高。该材料的晶体结构为锂离子提供了通道，使离子能够快速扩散，因此可以快速充电。

新电池充电速度快，单位体积内储存能量大，这在水系电池中并不常见。对于便携式电子设备、电动汽车和电网存储等新兴应用而言，在有限的体积内储存尽可能多的能量至关重要。

新型水系锂离子电池更安全、寿命更长

长期以来，安全性和循环寿命一直是锂离子电池难以实现的目标，美国休斯顿大学德克萨斯超导中心姚燕教授团队通过利用廉价有机材料制备新型水系锂离子电池解决了这一难题。

目前锂离子电池采用的是易燃的有机电解液，存在很大的安全隐患。三星Note 7手机爆炸事件再次给行业敲响警钟。相比之下，铅酸电池、镍氢电池等水系电池采用的是水作为电解液，具有成本低、安全、不燃烧等优势，但缺点也很明显——循环寿命短，只有300次左右，无法满足电动汽车、储能等5000次以上的循环要求。

针对这一问题，姚燕及其团队利用廉价的有机材料替代现有水系电池负极，在对现有电池生产设备几乎没有改动的情况下，突破了水系电池寿命的瓶颈。姚燕强调，他们所采用的有机材料价格远低于常规电极材料，不含有害重金属元素，不污染环境，此外该材料还具有比容量高、寿命长等优点。利用该材料制成的新型水系锂离子电池寿命是传统铅酸电池的10倍，充电时间仅为20分钟，可在汽车启停电池、风光储能、低速电动汽车等新能源领域替代铅酸电池。

此外，新型水系锂离子电池可简化生产流程，无需干燥室，大大降低生产成本。

姚燕透露，正在研发的第二代水系锂离子电池能量密度更高、成本更低，团队已申请多项国际专利，希望加速从技术到产品的转化。